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卤代酚和挥发酚作为典型的难降解有机污染物,在环境中分布广泛,且易进入并长期存在于地下水中。传统的微生物修复存在地下水中电子供受体的缺乏、反应可控性差等缺点。因此,亟待开发一种可持续、可控性强、环境友好型的改进修复技术。在弱电能介入体系中,阴极和阳极能够作为电子供体/受体为微生物持续且稳定地提供电子,进而促进微生物的富集和降解效能的提升,目前已实现了对卤代烃、偶氮染料、苯胺等污染物的降解。本研究构建了弱电能介入的厌氧生物反应系统,以生物阴极和生物阳极作为额外电子供体和电子受体,实现了三溴酚(TBP)和间甲酚(Cresol)的强化分解转化,对外加电压、外源有机物浓度和水力停留时间的运行条件进行了优化,实现了连续流弱电能介入厌氧生物反应系统的长期稳定。通过计算流体力学(CFD)流态模拟及应用可能性分析探讨了该系统在构型上的应用优势,为该技术的放大应用提供了理论依据。成功通过连续传代培养驯化了TBP还原脱卤菌群富集液,并以此为接种源构建间歇式生物阴极系统,研究了外加电压对生物阴极还原TBP的影响。在三种不同外加电压(0.2、0.5和0.8 V)以及开路对照和非生物阴极条件下均能有效降解,其降解中间产物为DBP,终产物为4-BP,且降解过程符合一级反应动力学。与开路对照和非生物阴极相比,弱电能介入后显著提高了TBP降解效能,且随着外加电压越负,生物阴极还原脱卤效能越高,在0.8 V电压下观察到48小时后TBP完全转化为4-BP。同时构建间歇式生物阳极系统,研究不同Cresol初始浓度对生物阳极降解效能的影响。Cresol在各运行条件下均能有效降解,且降解过程符合一级反应动力学,其中生物阳极和开路生物阳极具有较高的降解效率。初始浓度对Cresol的氧化降解具有显著影响,在合适的初始浓度(15 mg/L)下降解效率最高达100%。初始浓度过高(25 mg/L)对微生物活性产生抑制而影响降解效率。构建连续流系统,研究在不同外加电压(0.6、0.8、1.0和1.2 V)、乳酸盐浓度(10、7.5、5、2.5和0 m M)和水力停留时间HRT(12、24、36和48 h)下该系统对TBP和Cresol同步降解的影响。较高的外加电压增大了阴、阳极电位和电流,显著提高了TBP和Cresol的降解效率,在1.0 V时TBP和Cresol去除率可达99.6%和90.3%。当乳酸钠浓度较低(2.5和0 m M)时TBP降解效率下降至70.1%,2.5m M时Cresol降解效率最高达到84.2%。随着HRT增加各污染物去除效率均上升,HRT为36 h时可达88.03%和85.6%,DBP和4-BP转化率达到4.26%和79.25%,与48 h时差距较小。继续运行优化条件后的系统,TBP去除效率提升至98.3%,Cresol去除率提升至93.6%;DBP转化率降至1.8%,4-BP转化率提升至87.6%。对连续流系统进行了流态模拟及应用可能性分析。将该系统简化为二维模型,使用ANSYS Fluent软件求解系统内压力和流态变化。阴极引入显著增加了流体的流动阻力,流速较均匀,壁面死区明显减少。阳极引入使流体扰动加强,与电极接触充分,有利于污染物的强化去除。与其他系统相比,该连续流系统构型简单,组件可实现模块化。电极材料价格低廉,且无需隔膜,整体运行能耗低,兼顾运行成本和处理效率,为以三溴酚和间甲酚为代表的难降解有机物的强化分解转化提供理论依据。